声波波速测试仪.pdf

第 37卷 第 3期 物 理 实 验 Vo1．37 NO．3 2017年 3月 PHYSICSEXPERIMENTATION Mar．，2017 声波波速测试仪 马 冲 ，雷 航 ，程永进 ，郭万里 (中国地质大学(武汉)a．数理学院；b．机 电学院，湖北 武汉 430074) 摘 要 ：设计 了声波波速测量仪 ，从机械结构和 电路设计 2个方面介绍 了仪器的基本组成 ，并利用该仪器测量 了几 种不同频率的声波波长，通过测量结果与理论波长值的比较证明了该波速测试仪的合理性． 关键词 ：波长 ；波速 ；驻波 中图分类号：0422．1 文献标识码 ：A 文章编号：1005—4642(2017)03—0015-03 声波是常见 的机械波 ，在定位、探伤、测距等 2=Acosfcot+ 一z1． (2) 领域 中有着广泛的应用．对声波波长和波速的测 ＼ A ／ 量是大学物理实验的重要 内容之一，对于提高学 发射波和反射波在发射与接收区域内发生干 生对波动学概念的理解和掌握具有重要意义 ]． 涉，则叠加之后形成的波的波动方程为 9一 由于超声波具有定向好、波长较短的特点 ，目 Y—Y1+ 2—2Acosf竿一z1COSwt． (3) ＼A ， 前高校物理实验多集 中于对超声波波段波速的测 由式(3)可知，在发射波与反射波的叠加空问 试 ]，测试仪器结构较为复杂 ]，且 自动化程度较 区域内各点均以频率 叫振动，但是振幅随着振动 低 ，不利于演示实验 的展示．而可见声波波段波 点位置的不同而 出现周期性差异 ，振幅取值最大 长的测量实验仪器相对较少 ，因此本研究致力于 的点称之为波腹 ，取值最小的点称之为波节，波腹 开发原理 明确 、机械结构简单、形象生动 、便于 向 和波节在 2列波 的叠加 区域 内交替出现 ，形成了 学生演示的声波测试仪器． 驻波场． 1 声波波速测试原理 振幅随空间变化规律为 9一 空气声波波速的测试方法主要有 2种 [6]：共 S一2ACOSf＼A一517＼／， (4) 振干涉法和相位 比较法．共振干涉法 (即驻波法) 式 (4)中，s为空问某 区域点振动的振幅． 是空气 中声速测量 的常用方法 ，由于其原理简 在声波发射端或接 收端安装声波接收换 能 单 、形象、直观且具有 良好的灵敏度，因此该方法 器 ，改变声波发射端和接收端 的距离 ，换能器输出 一 直作为大学物理实验测试波长的仪器中最常用